L'immagine di un artista di un esomoone simile alla Terra in orbita attorno a un pianeta gigante gassoso.
(Immagine: © NASA / JPL-Caltech)
L'estate scorsa, gli scienziati hanno annunciato di aver scoperto quella che potrebbe essere la prima luna ad essere individuata al di fuori del sistema solare. Ma una nuova ricerca sull'evoluzione della presunta luna mette in discussione la sua esistenza.
Se esiste, la luna è molto probabilmente un grande oggetto di dimensioni di Nettuno in orbita attorno a un pianeta gigante gassoso ancora più grande. Ma il sistema ingombrante mette a dura prova la comprensione di come potrebbe essersi formato, hanno detto i ricercatori.
Nel luglio 2017, gli scienziati hanno annunciato con riluttanza la possibile scoperta di un esomoon. Un pianeta candidato identificato dal telescopio Kepler della NASA ha rivelato cali sbilenco nella luce che fluisce dalla stella del pianeta, suggerendo la possibilità di una luna. Dopo che il cacciatore di exomoon David Kipping, della Columbia University di New York, ha richiesto del tempo al telescopio spaziale Hubble per seguire l'attività insolita, vari media hanno sondato la ricerca. Ciò ha portato Kipping e Alex Teachey della Columbia, il principale scienziato sulla potenziale scoperta, ad annunciare la possibilità del primo avvistamento di un exomoon.
René Heller, un astrofisico del Max Planck Institute in Germania, ha colto l'occasione per analizzare autonomamente i dati di Keplero. Oltre a prendere in giro una gamma di dimensioni per la potenziale luna, Keplero 1625 b-i, ha anche esplorato i suoi possibili metodi di formazione. [Le scoperte del pianeta alieno più intriganti del 2017]
"Si scopre che Kepler 1625 b-i, in realtà, non è un buon candidato per un exomoon", ha detto Heller a Space.com via e-mail, sottolineando che il team di ricerca originale ha affermato che i dati di Keplero da soli erano ambigui. (Ecco perché hanno pianificato di effettuare il follow-up usando il telescopio spaziale Hubble.) Gran parte del problema deriva dal fatto che la stella madre è così lontana dalla Terra che appare scura, con conseguente scarsa qualità dei dati, ha affermato Heller.
"La linea di fondo è che Kepler 1625 b-i è uno dei migliori candidati exomoon finora, ma non è ancora un buon candidato", ha detto Heller.
"Un piccolo sistema solare"
Nel sistema solare terrestre, le lune sono abbastanza comuni; solo Mercurio e Venere non hanno satelliti rocciosi o ghiacciati. Mentre la maggior parte delle lune del nostro sistema solare sono inospitali alla vita come la conosciamo, tre sono potenzialmente abitabili. L'Europa di Giove contiene un oceano liquido sotto la crosta ghiacciata della luna. Intorno a Saturno, la gelida luna di Encelado ospita anche un oceano, mentre Titan ha i laghi di metano ed etano che avrebbero potuto formare un tipo di vita diverso da quello sulla Terra. Quindi, l'unico pianeta abitabile (Terra) del sistema solare è più numeroso delle lune potenzialmente abitabili del sistema.
Ciò potrebbe significare una buona notizia per chi cerca la vita sulle lune attorno ad altre stelle. Anche se pochi pianeti sono in grado di ospitare la vita come la conosciamo, le loro lune potrebbero rivelarsi abitabili, ha detto Heller.
"Per quanto riguarda le sfide, ci si aspetta che le lune siano significativamente più piccole e più leggere dei loro pianeti", ha affermato Heller. "Questo è semplicemente ciò che apprendiamo dalle osservazioni delle lune del sistema solare."
Poiché gli oggetti con una massa o un raggio più grandi sono più facili da trovare da lontano, siano essi pianeti o lune, ciò rende più difficile individuare i satelliti naturali, ha affermato Heller.
Quando Keplero caccia i pianeti, lo fa osservando la luce che fluisce da una stella in quella che gli scienziati chiamano curva di luce. (Keplero non studiava una stella alla volta, ma invece esaminava migliaia di stelle contemporaneamente.) Quando un pianeta si muove tra la sua stella e la Terra, la luce della stella si attenua, consentendo ai ricercatori di determinare le dimensioni del pianeta. I ricercatori osservano più passaggi per determinare quanto tempo impiega il pianeta ad orbitare attorno alla sua stella.
Ciò che i ricercatori originali notarono di un oggetto, Keplero 1625 b, fu che conteneva uno strano calo secondario. Heller ha usato il set di dati disponibili pubblicamente di Keplero per studiare tre transiti di un oggetto di dimensioni di Giove che si muovevano attraverso la stella, insieme ad alcune oscillazioni che potrebbero essere state causate da una luna in orbita attorno all'oggetto.
"Se, e solo se, queste ulteriori oscillazioni derivano davvero dalla luna, allora è possibile derivare la massa e il raggio sia del pianeta che della luna dalla dinamica del sistema pianeta-luna che può essere derivata dalla curva della luce ", Ha detto Heller.
Heller decise che l'oggetto massiccio poteva essere qualsiasi cosa, da un pianeta leggermente più massiccio di Saturno a un nano bruno, una quasi stella non abbastanza massiccia da accendere la fusione nel suo nucleo, o persino una stella di massa molto bassa (VLMS) che è un decimo della massa del sole. La luna proposta potrebbe variare da un satellite a gas di massa terrestre a un compagno di roccia e acqua senza atmosfera.
Heller concluse che un esodoon di massa di Nettuno attorno a un pianeta gigante o una nana marrone di bassa massa non si sarebbe abbinato alla relazione di ridimensionamento di massa trovata nelle lune del nostro sistema solare. Mentre la Terra e Plutone hanno entrambe grandi lune rispetto alle dimensioni dei pianeti, i giganti gassosi del sistema solare hanno lune più vicine allo 0,01 allo 0,03 percento delle dimensioni dei pianeti, secondo il Planetary Habitability Laboratory dell'Università di Puerto Rico.
Le teorie precedenti prevedevano che questa relazione dovesse estendersi a mondi più grandi, sembrando escludere l'esistenza del potenziale esomoon. D'altra parte, un mini-Nettuno attorno a una nana marrone ad alta massa o un VLMS sarebbe più in linea con quel rapporto, ha detto Heller. [Di cosa è fatta la luna?]
"Se l'oggetto di transito primario è una stella a massa molto bassa e se il suo compagno di dimensioni di Nettuno risulta effettivamente esistere, allora vedremmo un minuscolo sistema solare in orbita attorno a una stella simile al sole a circa la distanza della Terra dal sole Questo sarebbe qualcosa da solo! " Disse Heller.
Anche senza il potenziale per un esodoon abitabile, il piccolo sistema solare potrebbe aiutare gli scienziati a capire come si formano i mondi, ha detto.
"Se [l'oggetto] primario fosse o un [nano bruno] o un VLMS con un grande compagno, ciò rappresenterebbe un affascinante ponte tra la formazione del pianeta attorno alle stelle e la formazione lunare intorno ai pianeti giganti", ha detto Heller.
Heller ha pubblicato le sue ricerche sul server di prestampa arXiv.
La nascita delle lune
Con le stime della luna e del pianeta - o stella - in mano, Heller decise di vedere come si sarebbe potuta formare la luna.
"Le lune nel sistema solare servono come traccianti per la formazione e l'evoluzione dei loro pianeti ospiti", ha detto nel nuovo documento. "Si può quindi prevedere che la scoperta di lune attorno ai pianeti extrasolari potrebbe fornire fondamentalmente nuove intuizioni sulla formazione e l'evoluzione degli esopianeti che non possono essere ottenute solo dalle osservazioni degli esopianeti".
Con questo in mente, Heller ha applicato i tre diversi modelli di formazione lunare nel sistema solare al nuovo potenziale esomoon.
Il primo è stato il modello di impatto, che descrive come gli scienziati pensano che si sia formata la luna sulla Terra. Quando un grosso corpo ha colpito la Terra miliardi di anni fa, i detriti scolpiti dal pianeta hanno creato un nuovo compagno. Secondo Heller, una caratteristica peculiare di questo modello è l'elevato rapporto dimensionale tra i satelliti e i pianeti. Mentre le grandi dimensioni della luna proposta rispetto al suo ospite sarebbero coerenti con un impatto, ha espresso preoccupazione per il fatto che la massa del pianeta o della stella ospite fosse molto più alta di quella di qualsiasi pianeta del sistema solare terrestre.
Nel secondo modello di formazione lunare, si sviluppano dal gas e dalla polvere rimasti dopo la nascita del pianeta, ed è così che si pensa che si sia formata la maggior parte delle lune dei giganti gassosi. Il rapporto di ridimensionamento di massa che mantiene le lune molto più piccole dei loro pianeti è un risultato naturale della formazione della luna che si verifica nell'ambiente affamato di gas attorno a un pianeta completato, ha scritto Heller nel documento. La stessa relazione rende improbabile questo metodo di formazione, ha detto.
"Se il compagno attorno a Keplero 1625 b può essere confermato ed entrambi gli oggetti possono essere convalidati come oggetti giganti di gas, allora sarebbe difficile capire come questi due pianeti di gas potrebbero essersi formati attraverso un impatto gigantesco o un accrescimento in situ a le loro attuali orbite attorno alla stella ", scrisse Heller.
La possibilità rimanente è che il mondo distante catturi un oggetto delle dimensioni di Nettuno. Si pensa che la luna di Nettuno, Tritone e entrambe le lune marziane si siano formate in questo modo. L'exomoon avrebbe potuto originariamente formarsi con un compagno delle dimensioni di una Terra, prima di essere allontanato da esso dalla gravità dell'oggetto più grande, ha detto Heller. Ha determinato che la cattura di un oggetto di massa di Nettuno da parte di Keplero nel 1625 b è possibile nella posizione attuale del pianeta.
Tuttavia, mentre una tale cattura è possibile in linea di principio, Heller ha detto a Space.com che ritiene che lo scenario sia "molto improbabile".
E sebbene gli scienziati attualmente si attengano a questi tre diversi scenari di formazione della luna per i pianeti intorno al sole della Terra, ciò non significa che i satelliti naturali non possano formarsi in altro modo, ha detto Heller.
"È possibile che questo sistema si sia effettivamente formato attraverso un meccanismo che non abbiamo visto nel sistema solare", ha detto Heller.
Suggerì una teoria alternativa, simile a quella della formazione del pianeta gigante, in cui i due oggetti iniziarono come un sistema binario di pianeti rocciosi. La coppia avrebbe potuto attingere gas dal disco di materiale residuo, come il processo attraverso il quale si formano i pianeti giganti, con il futuro pianeta che consuma più gas della sua futura luna. Ha avvertito che si trattava di una speculazione e che i due oggetti potrebbero non essere stabili su lunghe scale temporali.
Tuttavia, se l'esodo di dimensioni di Nettuno intorno a Keplero 1625 b è reale, il nuovo sistema potrebbe fornire uno sguardo intrigante alla formazione lunare al di fuori del sistema solare, ha detto Heller.
I dati di Keplero non sono le uniche ricerche disponibili. In ottobre Teachey e Kipping hanno esaminato il sistema usando Hubble. I risultati di tali osservazioni dovrebbero essere annunciati presto.
Fino ad allora, tuttavia, le cose non sembrano buone per il potenziale exomoon.
"La straordinaria affermazione di un exomoon non è supportata da prove straordinarie per questo", ha detto Heller.
